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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und Verfahren zum Verteilen und Zuführen von trockenen Pulvern, spezifischer auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verteilen von trockenen Pulvern in einen Luftstrom von Teilchen ohne Verwendung von Druckluft und Zuführen von trockenen Pulvern für eine Teilchenanalyse mit einer gesteuerten bzw. geregelten Geschwindigkeit bzw. Rate.
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Hintergrund der Erfindung
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Trockene Pulver, die aus kleinen Teilchen zusammengesetzt sind, werden in zahlreichen verschiedenen Industrien verwendet und hergestellt. Beispiele von derartigen Pulver umfassen Nahrungsmittel, Pharmazeutika, Zement, Schleifmittel, Pigmente, Toner und Oberflächenbeschichtungsmaterialien. Es ist oft sehr wichtig, die Größe dieser Trockenpulver zu messen und zu steuern bzw. zu regeln, da die Größe die Funktion eines Materials beeinflussen kann. Ein Beispiel ist die Größe von pharmazeutischen Pulvern, welche die Geschwindigkeit bzw. Rate betreffen, mit welcher die Wirkstoffe gelöst und in dem Körper absorbiert werden.
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Es sind zahlreiche Verfahren verfügbar, um die Größe von Teilchen zu bestimmen, umfassend eine Laserbeugung, Bildanalyse und Flugzeit, unter anderen. Wenn die Größe von trockenen Pulvern unter Verwendung dieser Verfahren gemessen wird, werden oft Probleme mit einer Agglomeration von individuellen Teilchen in Cluster von Teilchen angetroffen, was in einer nicht korrekten Messung der Teilchengröße resultiert. Diese Teilchenagglomeration, hauptsächlich aufgrund der Van-der-Waals-Wechselwirkung und von hydroskopischen Kräften, und verschiedene Verfahren, um diese Cluster zu entagglomerieren bzw. aufzulösen, sind in dem Stand der Technik gut bekannt.
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Idealerweise sollte ein Trockenpulver-Verteilungs- und -Zufuhrsystem einen Bereich mit hohen Scherkräften ausbilden, welche Teilchencluster verteilen. Es sollte weiter Stöße bzw. Schläge an die Wand und Stöße von Teilchen gegen Teilchen bewirken, die hoch bzw. stark genug sind, um Cluster von Teilchen zu verteilen bzw. aufzulösen, jedoch niedrig genug, um ein ”Mahlen” zu vermeiden, ein Phänomen der Einzelteilchen, die in noch kleinere Teilchen zerfallen bzw. zerbrechen. Für eine Teilchengrößenmessung ist es auch gewünscht, die gesamte Probe für eine Messung zur Verfügung zu stellen und die Probe mit der durch das Meßinstrument gewünschten Geschwindigkeit bzw. Rate zur Verfügung zu stellen. Es ist auch wünschenswert, das Probenpulver in dem System zu beschränken und das Material an dem Ende der Messung zu sammeln, um eine Kontamination des Instruments oder der Laboreinrichtung durch potentiell gefährliche Pulver zu vermeiden.
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US 4,573,801 (für Leschonski et al.) offenbart ein Verfahren und eine Verteilvorrichtung zum Herstellen eines Zweiphasen-Gas-Flüssigkeits-Stroms, der eine konstante Strömungs- bzw. Flußrate und eine vorbestimmte Geschwindigkeit besitzt, worin die Feststoffe vollständig dispergiert bzw. verteilt sind. Die Vorrichtung weist eine komplexe Struktur auf, umfassend eine Maßnut, eine vibrierende Zufuhrschurre, Wischmittel, um überflüssige Feststoffe zu entfernen, Mittel bzw. Einrichtungen zum Komprimieren der verbleibenden Feststoffe und einen Strömungs- bzw. Flußkanal, der einen Injektor bzw. eine Einspritzeinrichtung umfaßt. In dem Flußkanal werden die festen Teilchen beschleunigt und vollständig durch die Scherkraft verteilt und die resultierende Gas-Feststoffteilchen-Mischung wird als ein freier Strom bzw. freier Strahl ausgetragen. Weiters wird, bevor die Gas-Feststoffteilchen-Mischung ausgetragen wird, sie mehrere Male gegen Stoßoberflächen bzw. Schlagoberflächen gerichtet, um eine vollständige Verteilung zu erreichen. Diese Vorrichtung verwendet einen Rillen- bzw. Nutfüllmechanismus, welcher nicht fähig ist, die gesamte, dem Instrument zur Verfügung gestellte Probe zu vermessen.
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US-Patent 4,895,034 (für Poole) offenbart Pulververteilverfahren und Vorrichtungen zur Verwendung in einem aerodynamischen Teilchenklassiersystem unter Verwendung einer Flugzeitmeßtechnik. Die Vorrichtung umfaßt einen Probenbehälter, eine Vorrichtung zum Schütteln der Pulverprobe, eine Trennvorrichtung und einen Luftstrom, um die Teilchen zu dem Auslaß zu tragen. Die Trennvorrichtung umfaßt eine kleine, ringförmige Öffnung, in welcher ein Luftstrom hohe Scherkräfte auf Cluster von Teilchen aufbringt, um diese zu trennen.
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US-Patent 5,522,555 (für Poole) offenbart ein Trockenpulver-Verteilungssystem. Der Pulververteiler umfaßt eine dynamische Scherverteilungsvorrichtung und eine Vewirbelungsvorrichtung, die durch ein Impulsrohr verbunden sind. Ein gepulster Gasstrom, der auf eine Pulverprobe in einer Kammer gerichtet ist, verteilt Teilchen der Pulverprobe und die Teilchen werden in die dynamische Scherdispersionsvorrichtung transportiert, wo die Teilchen von einer Stoßoberfläche in ein schnelle Beschleunigungskammer durch eine ringförmige Düse beschleunigt werden. Das System steuert bzw. regelt die dynamische Scherkraft, die auf das Aerosoltransportgas aufgebracht ist, welches Reaktionskräfte auf die Teilchen innerhalb der Düse beeinflußt.
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US-Patent 5,636,921 (für Murata et al.) offenbart eine Pulververteilvorrichtung mit einem bewegbaren Pulverspeicherglied. Die Vorrichtung umfaßt einen Druckkessel, eine Saugdüse, einen Schaber und ein Pulverspeicherglied im Inneren des Druckkessels, Mittel zum Drehen und vertikalen Bewegen des Pulverspeicherglieds. Bei dieser Vorrichtung wird ein Luftstrom nahe der Probenoberfläche in dem Pulverspeicherglied gerichtet und eine Schaberklinge führt die trockene Pulverprobe in den Luftstrom zu. Dieser Zufuhrmechanismus erzeugt eine zusätzliche Oberfläche, welche zwischen Probenmessungen gereinigt werden muß, um eine Kontamination von Probe und System zu verhindern.
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GB 2 329 135 A offenbart eine Pulver-Abgabevorrichtung. Pulver fließt von einem Behälter zu einer Venturidüse, wo es von einem Trägergas, welches von einer Quelle durch ein Steuerventil passiert, mitgerissen wird. Etwas Gas passiert in den Behälter mittels einer Leitung und anschließend mittels Löcher in einer konischen Basis eines Abgaberohrs, das an die Venturidüse angeschlossen ist, in das Pulver.
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US 5,286,451 A offenbart eine Vorrichtung zur kontrollierten Abgabe von partikelförmigen Material zur Analyse. Die Vorrichtung beinhaltet eine rohrförmiges Mittel zur Aufnahme einer Probe, das relativ zu einem Probenbehälter vibriert oder rotiert wird, um einen Oberflächenabschnitt der Probe, die in einem langgestreckten Behälter angeordnet ist, aufzurühren und zu verwirbeln. Ein Transportgas trägt die aufgewirbelte Probe von dem Behälter durch das rohrförmige Mittel.
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Aller vorgenannte Stand der Technik verwendet Druckluft zum Verteilen von Trockenpulver, was zahlreiche Nachteile mit sich bringt. Die Verwendung von Druckluft zusätzlich zu dem Vakuum, das in Teilchenklassierinstrumenten erforderlich ist, erhöht die Kosten und die Komplexizität der Vorrichtung. Weiters erhöht ein Anordnen des Trockenpulvers unter Druck Sicherheitsbedenken für die Betätiger und die Arbeitsumgebung. In dem Fall eines Versagens des Systems könnten Trockenpulver in das Instrument oder in das Laboratorium mit potentiell schädlichen Ergebnissen ”gesprüht” werden. Ein Beispiel ist ein pharmazeutischer Wirkstoff, der in die Laboratoriumsumgebung gesprüht wird, was eine Schädigung oder Krankheit des Instrumentenbetätigers verursacht. Darüber hinaus ist in der Industrie bekannt, daß das Strahl- bzw. Stoßsprühen von trockenen Pulvern gegen Oberflächen ein Teilchenmahlen, Brechen der individuellen Teilchen in kleinere Teilchen verursacht, wenn die Strahlgeschwindigkeiten hoch sind. Hersteller der Teilchenklassierausrüstung, welche die Stoßsprühverfahren verwenden, instruieren die Betätiger häufig, die Druckniveaus zu bestimmen, wo ein Mahlen der trockenen Pulver beginnt, und Drücke unter diesem Druckpunkt zu verwenden. Dies erzeugt einen zusätzlichen Schritt in der Verfahrensentwicklung und verursacht Zweifel an den gemessenen Ergebnissen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine strukturell einfache, wenig teure und für die Umgebung sicherere Trockenpulver-Verteilungs- und -Zuführvorrichtung bereitzustellen, welche industriellen Erfordernissen für eine Teilchenanalyse genügt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In einem Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Trockenpulververteiler. Der Trockenpulververteiler umfaßt (a) einen Probenhalter mit einer geschlossenen Längswand, einer offenen Oberseite und einem geschlossenen Boden, (b) einen Saugkopf, bestehend im wesentlichen aus (1) einer Außenwand mit einer analogen Querschnittsform zu einem Querschnitt des Probenhalters und mit einer kleineren Querschnittsabmessung als die Querschnittsabmessung des Probenhalters, und (2) einem inneren Saugkanal mit einer Öffnung an einem Boden des Saugkopfes und der sich durch eine Oberseite der Außenwand des Saugkopfes erstreckt, und (c) ein Vakuummittel, um ein Vakuum in dem inneren Saugkanal des Saugkopfes zur Verfügung zu stellen. Wenn der Saugkopf über trockenen Pulvern in dem Probenhalter positioniert ist und ein Vakuum an den inneren Saugkanal angelegt wird, tritt nicht unter Druck stehende Umgebungsluft in einen Raum zwischen der Außenwand des Saugkopfes und der Längswand des Probenhalters ein und bildet einen nach unten gerichteten Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit entlang der Längswand des Probenhalters aus, und der nach unten gerichtete Luftstrom ändert seine Richtung an der Öffnung des Saugkopfes und erzeugt eine hohe Scherkraft über einer Oberfläche der trockenen Pulver. Die hohe Scherkraft verteilt trockene Pulver und führt verteilte bzw. dispergierte, trockene Pulver in den inneren Saugkanal zu.
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Der Trockenpulververteiler weist ein Verhältnis zwischen einer Querschnittsfläche der Öffnung und einer Querschnittsfläche des Raums zwischen der Außenwand des Saugkopfes und der Längswand des Probenhalters in einem Bereich von etwa 0,9 bis etwa 1,5 auf. Weiters ist die Außenwand des Saugkopfes an dem Unterende des Saugkopfes geneigt bzw. verjüngt. Ein zusätzlicher Raum, der durch das geneigte Unterende des Saugkopfes über der Oberfläche der trockenen Pulver ausgebildet ist, bewirkt Luftwirbel, wobei die Wirbel weiter Stöße der Teilchen gegen die Wand und der Teilchen gegen Teilchen bewirken.
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In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Verteilen und Zuführen von trockenen Pulvern. Die Vorrichtung umfaßt den Trockenpulververteiler der vorliegenden Erfindung, umfassend einen Probenhalter, einen Saugkopf und Vakuummittel; und Positioniermittel zum Positionieren des Saugkopfes in dem Probenhalter.
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Die Positioniermittel umfassen eine Probenhalterbasis, die durch einen Anhebetisch unterstützt ist; eine Führungsschraube zum Bewegen des Anhebetisches in Längsrichtung, einen Aufhängungsarm, um den Saugkopf zu unterstützen, und ein Steuer- bzw. Regelsystem. Die Positioniermittel positionieren den Probenhalter in Längsrichtung, um einen Abstand zwischen der Öffnung des Saugkopfes und der Oberfläche der trockenen Pulver im Inneren des Probenhalters zu steuern bzw. zu regeln. Weiters steuern bzw. regeln die Positioniermittel eine Zufuhrgeschwindigkeit bzw. -rate von trockenen Pulvern in den inneren Saugkanal, indem ein Abstand zwischen der Öffnung und der Oberfläche der trockenen Pulver in der Probe gesteuert bzw. geregelt wird.
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In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Verteilen von trockenen Pulvern. Das Verfahren umfaßt die Schritte eines Anordnens einer trockenen Pulverprobe in einem Probenhalter, umfassend eine geschlossene Längswand, eine offene Oberseite und einen geschlossenen Boden; eines Positionierens eines Saugkopfes über der trockenen Pulverprobe, worin der Saugkopf eine Außenwand mit einem analogen Querschnitt zu einem Querschnitt des Probenhalters und mit einer kleineren Querschnittsabmessung als die Querschnittsabmessung des Probenhalters umfaßt, einen inneren Saugkanal mit einer Öffnung an dem Boden des Saugkopfes, der sich durch eine Oberseite der Außenwand des Saugkopfes erstreckt, wobei der Saugkopf mit einem Vakuummittel zum Bereitstellen eines Vakuum in dem inneren Saugkanal verbunden ist; und eines Anlegens eines Vakuums an den Saugkopf, worin nicht unter Druck gesetzte Umgebungsluft in einen Raum zwischen der Außenwand des Saugkopfes und der Längswand des Probenhalters eintritt und einen Luftstrom hoher Geschwindigkeit nach unten entlang der Längswand des Probenhalters ausbildet, und der nach unten gerichtete Luftstrom die Richtung an der Öffnung des Saugkopfes ändert und eine hohe Scherkraft über einer Oberfläche der trocknen Pulver bewirkt; und worin die hohe Scherkraft trockene Pulver verteilt und verteilte, trockene Pulver in den inneren Saugkanal zuführt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden, detaillierten Beschreibung verstanden, die gemeinsam mit den beiliegenden Zeichnungen genommen wird, in welchen:
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1 eine perspektivische Seitenansicht des Trockenpulververteilers von einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist.
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2 eine Draufsicht auf den Probenhalter und den Saugkopf von einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist.
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3 eine Draufsicht auf den Probenhalter und den Saugkopf einer alternativen Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist.
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4 eine schematische Ansicht des Arbeitsmechanismus des Trockenpulververteilers der vorlegenden Erfindung ist.
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5A und 5B schematische Darstellungen von hohen Scherkräften sind, die durch zwei unterschiedliche Mechanismen gebildet bzw. bewirkt werden.
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6 eine perspektivische Ansicht der Trockenpulververteilvorrichtung einer Ausbildung ist, welche eine Struktur der Positioniermittel illustriert.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In einer Ausbildung bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Trockenpulververteiler.
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Wie dies in 1 gezeigt ist, umfaßt ein Trockenpulververteiler 10 einen Probenhalter 20, einen Saugkopf 30 und Vakuummittel (nicht gezeigt). Der Probenhalter 20 weist eine geschlossene Längswand 21, eine offene Oberseite 22 und einen geschlossenen Boden 23 auf. In einer bevorzugten Ausbildung ist der Querschnitt des Probenhalters 20 kreisförmig. Andere Formen von Querschnitten können auch verwendet werden. Es besteht kein spezifisches Erfordernis in bezug auf das Material des Probenhalters, vorausgesetzt, daß das Material des Probenhalters keine Wechselwirkungen mit den betroffenen Trockenpulvern aufweist. Kommerziell erhältliches Laboratoriumsglas oder Kunststoffteströhrchen können als Probenhalter für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Der Saugkopf 30 weist eine Außenwand 31 mit einem Querschnitt ähnlich zu dem Querschnitt des Probenhalters 20 und mit einer kleineren Querschnittsabmessung als der Querschnittsabmessung des Probenhalters 20 auf. Der Saugkopf 30 hat auch einen inneren Saugkanal 32, welcher eine Öffnung 33 an dem Boden des Saugkopfes 30 besitzt. Der innere Saugkanal 32 erstreckt sich durch die Oberseite der Außenwand 31 und weist ein Oberende 34 mit dem Vakuummittel verbunden auf.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist der Querschnitt des Saugkopfes 30 kreisförmig. Wie dies in 2 gezeigt ist, ist die Querschnittsabmessung 35 des Saugkopfes 30 geringfügig kleiner als die Querschnittsabmessung 25 des Probenhalters 20.
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In einer alternativen Ausbildung, die in 3 gezeigt ist, kann die Außenwand 31 Längsschlitze 24 aufweisen, um den nach unten gerichteten Luftstrom zu erleichtern, welcher unten vollständig beschrieben werden wird. Die Anzahl und Form der Längsschlitze 24 kann in Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung bestimmt werden.
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Vorzugsweise ist ein unteres Ende 36 der Außenwand 31, wie dies in 1 gezeigt ist, geneigt bzw. verjüngt ausgebildet. Ein geneigtes Unterende kann Luftwirbel unter der Bedingung der vorliegenden Erfindung erzeugen und die Wirbel können Stöße der Teilchen gegen die Wand und der Teilchen gegen die Teilchen generieren. Die Geometrie des geneigten Unterendes kann basierend auf der spezifischen Anwendung bestimmt werden. Um starke Wirbel zu erreichen, ist ein steiles Gefälle am geneigten Unterende bevorzugt.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist der innere Saugkanal 72 zylindrisch. Die Steigung bzw. Neigung des geneigten Unterendes kann von dem Umfang der Außenwand 31 zu dem Umfang des inneren Saugkanals 32 beginnen.
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Die Vakuummittel des Trockenpulververteilers können jegliche Vakuummittel sein, welche ein Minimumvakuum vom 80 Inch Wassersäule in einem gestauten Nichtflußzustand generieren.
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4 zeigt schematisch den Arbeitsmechanismus des Trockenpulververteilers der vorliegenden Erfindung. Um den Verteiler zu verwenden, wird eine Trockenpulverprobe in dem Probenhalter angeordnet und der Saugkopf wird in den Probenhalter über den trockenen Pulvern eingesetzt. Die Querschnittsfläche des Raums zwischen der Außenwand 31 des Saugkopfes 30 und der Längswand 21 des Probenhalters 20 ist analog bzw. ähnlich zu der Querschnittsfläche der Öffnung 33. Wenn ein Vakuum an den inneren Saugkanal 32 von oben 34 angelegt wird, treibt die Vakuumkraft an der Öffnung 33 nicht unter Druck stehende Umgebungsluft, die von der offenen Oberseite 22 des Probenhalters 20 eintritt, dazu, einen nach unten gerichteten Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit entlang des kleinen Raums bzw. Zwischenraums zwischen der Außenwand 31 des Saugkopfes 30 und der Längswand 21 des Probenhalters 20 auszubilden. An der Öffnung 33 ändert der Luftstrom seine Richtung von einem nach unten gerichteten Luftstrom in einen nach oben gerichteten Luftstrom, wie dies in 4 durch die Pfeile gezeigt ist. Es ist theoretisch bekannt, daß, wenn sich eine Geschwindigkeitsrichtung über eine kurze Distanz ändert, wie dies in 5A gezeigt ist, sie eine hohe Scherkraft bewirkt bzw. ausbildet. Im Vergleich zu einer Scherkraft, die durch eine Geschwindigkeitsänderung über einen kurzen Weg bzw. Abstand generiert bzw. erzeugt wird, benötigt eine Situation, die in 5B gezeigt ist, wobei dies das Prinzip ist, das üblicherweise in dem Stand der Technik verwendet wird, um eine äquivalente Scherkraft durch Geschwindigkeitsrichtungsänderungen über eine kurze Distanz zu bewirken, eine relativ niedrigere Geschwindigkeit. Unter Verwendung dieses letzteren Mechanismus können trockene Pulver effizient verteilt werden, ohne daß die Teilchen gebrochen oder ”gemahlen” werden, wie dies als ein Nebeneffekt unter Verwendung eines Luftstroms hoher Geschwindigkeit bekannt ist. Im Probenhalter 20 verteilt die hohe Scherkraft, die über der Oberfläche der trockenen Pulver ausgebildet wird, trockene Pulver in einen Luftstrom von Teilchen und führt weiters verteilte, trockene Pulver in den inneren Saugkanal 32 durch die Öffnung 33 zu. Durch die Vakuumleitung kann der verteilte bzw. dispergierte Trockenpulver-Luftstrom zu einer Partikelanalysiervorrichtung für eine Messung oder einer Vorrichtung für eine Teilchenverarbeitung transportiert werden.
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Zusätzlich zu der hohen Scherkraft bewirkt ein Raum, der durch das geneigte Unterende 36 gebildet wird, zusätzliche Wirbel über den trockenen Pulver. Wirbel generieren Stöße der Teilchen gegen die Wand und Stöße der Teilchen gegen Teilchen, was die trockenen Pulver weiter verteilt.
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Es ist wichtig, den Raum zwischen der Außenwand 31 des Saugkopfes 30 und der Längswand 21 des Probenhalters 20 zu steuern bzw. zu regeln, daß er im wesentlichen klein ist, da der Raum die Geschwindigkeit des nach unten gerichteten Luftstroms bestimmt. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche dieses Raums ähnlich der Querschnittsfläche der Öffnung 33 des Saugkopfes 30. Wenn die Querschnittsfläche des Raums deutlich kleiner ist als die Querschnittsfläche der Öffnung 33, beschränkt der Raum den nach unten gerichteten Luftstrom in das Vakuum, was höhere Vakuumdruckniveaus und langsamere Geschwindigkeiten des nach unten gerichteten Luftstroms bewirkt. Eine niedrigere Luftgeschwindigkeit ist für eine gute Trockenpulververteilung nachteilig bzw. schädlich. Wenn die Querschnittsfläche des Raumes bedeutend größer als die Querschnittsfläche der Öffnung 33 ist, weist der nach unten gerichtete Luftstrom eine geringere Geschwindigkeit auf. Es wurde gefunden, daß für den Zweck der vorliegenden Erfindung das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche des Raums zwischen der Außenwand 31 des Saugkopfes 30 und der Längswand 21 des Probenhalters 20 und der Querschnittsfläche der Öffnung 33 in einem Bereich von etwa 0,9 bis etwa 1,5 und vorzugsweise von 1,0 bis 1,2 liegt.
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In einem geeigneten Arbeitsbeispiel weist die Öffnung 33 eines Saugkopfes 30 einen Durchmesser von 0,305 Inch auf, was eine Querschnittsfläche von 0,074 Quadratzoll ergibt. Der Innendurchmesser des Probenhalters 20 ist 1,00 Zoll und der Außendurchmesser des Saugkopfes 30 ist 0,95 Zoll. Dies ergibt eine Querschnittsfläche des Raums zwischen der Außenwand 31 des Saugkopfes 30 und der Längswand 21 des Probenhalters 20 von 0,074 Quadsratzoll. In diesem Fall sind die zwei Querschnittsflächen ident.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist der Saugkopf 30 und der Probenhalter 20 koaxial angeordnet, so daß der Abstand zwischen der Außenwand 31 des Saugkopfes 30 und der Längswand 21 des Probenhalters 20 äquivalent um den Umfang ist.
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Es wurde gefunden, daß die Rate der verteilten bzw. dispergierten Trockenpulver, die in die Öffnung 33 zugeführt werden, direkt von dem Abstand von der Oberfläche des Trockenpulvers und der Öffnung 33 abhängig ist. Je näher bzw. kleiner dieser Abstand ist, desto schneller ist die Zufuhrgeschwindigkeit bzw. -rate. Der Abstand zwischen der Öffnung 33 und der Oberfläche des trockenen Pulvers kann in Abhängigkeit von der Größe und der Dichte des Trockenpulvers festgelegt bzw. eingestellt werden. Für eine praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung ist der Trockenpulververteiler mit einem Teilchenanalysierer LS 13320 Laserbeugungs-Teilchengrößenanalysierer (Beckman Coulter, Inc., Miami, Florida) verbunden. Der LS 13320 Laserbeugungs-Teilchengrößenanalysierer mißt einen breiten Bereich von Teilchen von 0,4 μm bis zu 2000 μm Größe und in jeder praktischen Dichte. Wenn eine kommerzielle, weiße Backmehlprobe mit 80 μm durchschnittlichem Durchmesser und einer Dichte von etwa 30 lb/ft3 analysiert wird, ist der Abstand der Öffnung 33 zu der Probenoberfläche etwa 1 Zoll. Wenn eine Probe von Glaskugeln mit einem mittleren Durchmesser von etwa 1500 μm und einer Dichte von etwa 160 lb/ft3 gemessen wird, ist der Abstand von der Öffnung 33 zu der Probenoberfläche etwa 0,10 Zoll.
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In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist ein Positioniermittel vorgesehen, um automatisch den Saugkopf 30 relativ zu dem Probenhalter 20 und zu der Oberfläche der Trockenpulver zu positionieren. Mit dem Positioniermittel wird das Zuführen von verteilten Trockenpulvern bei einer gewünschten Geschwindigkeit bzw. Rate gesteuert bzw. geregelt. Daher bilden der Trockenpulververteiler und die Positioniermittel eine automatisierte Vorrichtung zum Verteilen bzw. Dispergieren und Zuführen von trockenen Pulvern aus.
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Die Positioniermittel 50, wie sie in 6 gezeigt sind, umfassen eine Probenhalterbasis 51, die durch einen Anhebetisch 52 abgestützt bzw. unterstützt ist, eine Einstellschraube bzw. Führungsschraube 53, um den Anhebetisch 52 in Längsrichtung zu bewegen, Antriebsmittel 54, ein Supportmittel 58, um die Führungsschraube 53, den Anhebetisch 52 und die Antriebsmittel 54 zu unterstützen, und ein Kontrollsystem (nicht dargestellt). Der Anhebetisch 52 ist mit der Führungsschraube 53 verbunden, welche den Anhebetisch 52 in Längsrichtung antreibt, um die Position des Probenhalters 20 relativ zu der Öffnung 33 einzustellen. Die Führungsschraube 53 wird durch die Antriebsmittel 54, welche einen Schrittmotor 55, einen Treibriemen 56 und zwei Ritzel 57 umfassen, angetrieben. In einer bevorzugten Ausbildung rotiert die Probenhalterbasis 51 weiters den Probenhalter 20 in bezug auf den Saugkopf 30, um eine gleichmäßigere Zuführrate der Trockenpulver zu erleichtern.
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6 zeigt auch ein Beispiel einer Verwendung der Vorrichtung zum Dispergieren und Zuführen von trockenem Pulver mit einem optischen Teilchenanalysierer. Wie dies gezeigt ist, ist der Saugkopf 30 an der Oberseite durch ein hohles Rohr 59 mit einer Teilchenmeßzelle 60 verbunden. Die verteilten Teilchen werden durch einen Laserstrahl oder Bildaufzeichnungsmittel durch ein optisch klares Meßfenster 61 vermessen.
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Das Steuer- bzw. Regelsystem mißt die Zufuhrgeschwindigkeit bzw. -rate der verteilten Trockenpulver durch eine geeignete Teilchenmessung, die in der Technik bekannt ist, und steuert bzw. regelt die Position des Anhebetisches 52, welcher den Abstand zwischen der Öffnung 33 und der Oberfläche der trockenen Pulver steuert bzw. regelt, um die gewünschte Teilchenzufuhrrate zu erhalten.
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In einer Ausbildung wird ein Steuer- bzw. Regelsystem mit Rückkopplung gemeinsam mit einem Teilchenklassierinstrument verwendet, worin das Teilchenklassierinstrument nicht nur das bestimmte Empfangsinstrument der verteilten Teilchen ist, sondern auch Information betreffend einer Echtzeit-Teilchenzufuhrrate gegen die gewünschte Zufuhrgeschwindigkeit bzw. -rate dem Steuer- bzw. -Regelsystem mit Rückkopplung eingibt.
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Wenn die Vorrichtung zum Verteilen und Zuführen von trockenen Pulvern für eine Routineteilchenanalyse in Betrieb ist, sind die Probenhalterbasis 51 und der Saugkopf 30 vorab ausgerichtet. Keine seitliche Einstellung ist für den Probenhalter 20 erforderlich. Der Probenhalter 20 ist entfernbar, wobei er ersetzt wird, nachdem jede Probe analysiert wurde. Der Anhebetisch 52 positioniert den Probenhalter 20 über die. Probenhalterbasis 51 in einer longitudinalen Anfangsposition, wo Vakuummittel aktiviert werden, um das Verteilen und Zuführen einer Trockenpulverprobe in das Teilchenklassierinstrument zu starten. Die Echtzeit-Teilchenzufuhrrate wird durch das Teilchenklassierinstrument, beispielsweise durch die Extinktion des Laserstrahls, gemessen und dem Steuer- bzw. Regelsystem mit Rückkopplung zur Verfügung gestellt. Ein gewünschter Extinktionswert wird mit dem Echtzeit-Extinktionswert verglichen und der Unterschied wird verwendet, um ein Signal durch das Steuer- bzw. Regelsystem zu generieren, welches den Anhebetisch 52 antreibt, um den Abstand zwischen der Öffnung 33 und der Oberfläche der trockenen Pulver einzustellen, um die gewünschte Teilchenzufuhrrate zu erreichen. Mit diesem Mechanismus stellt das Positioniemittel eine kontinuierliche Kontrolle der Teilchenzufuhrrate zu dem Teilchenanalysierer zur Verfügung. Wenn die Trockenpulverprobenmenge sich beim Zuführen reduziert, stellen die Positionsmittel kontinuierlich die Position des Probenhalters 20 ein, um eine konstante Zufuhrrate zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise wird die gesamte trockene Pulverprobe in dem Probenhalter 20 für die Teilchenanalyse verwendet, was durch den industriellen Standard für Laserbeugungsmessungen erforderlich ist.
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Die Vorrichtung zum Verteilen und Zuführen von trockenen Pulvern kann einen weiten Bereich einer Zufuhrgeschwindigkeit bzw. -rate zur Verfügung stellen. In dem zuvor beschriebenen Arbeitsbeispiel für ein Bereitstellen von verteilten, trockenen Pulvern an ein LS 13320 Laserbeugungs-Teilchengrößenanalysiergerät kann die vorliegende Vorrichtung verschiedene Zufuhrraten von etwa 1 × 10–5 cm3/s Kubikzentimeter pro Sekunde) bis etwa 4 cm3/s zur Verfügung stellen. Weiters kann die Zufuhrrate durch das Systemdesign geändert werden, um dem Erfordernis eines Teilchenanalysierers oder eines Teilchenverarbeitungssystems zu genügen.
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Es ist basierend auf den obigen Beschreibungen offensichtlich, daß die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verschiedene Vorteile besitzt. Die Vorrichtung bildet einen Bereich hoher Scherkräfte aus, welche trockene Pulver ohne die Verwendung eines Druckgases verteilen. Weiters erzeugt die Geometrie des Saugkopfes Stöße der Teilchen gegen die Wand und der Teilchen gegen Teilchen, welche hoch bzw. schnell genug sind, um Cluster von Teilchen zu verteilen, jedoch niedrig bzw. gering genug, um das ”Mahlen”, Brechen von individuellen Teilchen in kleinere Teilchen zu verhindern. Darüber hinaus ist, indem der Probenhalter in dem System nur unter negativen Druck (Vakuum) sowohl für ein Verteilen als auch Zuführen in den Teilchenanalysierer beschränkt ist, das System ”versagenssicher” in dem Fall eines Komponentenversagens im Vergleich zu Systemen unter Druckluft. Zusätzlich erlaubt es die Vorrichtung, daß die gesamte Probe verteilt und in einen verbundenen bzw. angeschlossenen Teilchenanalysierer zugeführt wird, und führt automatisch die verteilten Teilchen mit der erforderlichen Geschwindigkeit bzw. Rate dem Teilchenanalysierer zu. Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sind insbesondere für ein Klassieren von Teilchen unter Verwendung von Laserbeugung oder Bildanalysentechniken verwendbar.
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Während die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und mittels Bildern in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt wurde, sollten diese nicht als Beschränkung des Rahmens der vorliegenden Erfindung betrachtet bzw. konstruiert werden, sondern eher als Erklärung von bevorzugten Ausbildungen derselben. Es wird jedoch augenscheinlich sein, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb des Geistes und des Rahmens der vorliegenden Erfindung, wie sie in der obigen Beschreibung beschrieben und in den anhängigen Ansprüchen definiert wurde, und ihren rechtlichen Äquivalenten gemacht werden können.
